Atmosferos barinis laukas ir vėjas

4 SKYRIUS

Kai pučia permainų vėjas, vieni stato vėjo malūnus, kiti - sienas.

Konfucijus

Erdvinis atmosferos slėgio pasiskirstymas yra vadinamas bariniu lauku.

Barinį lauką erdvėje galima pavaizduoti kaip vienas virš kito išsidėsčiusius

banguotus paviršius, kurio paviršiaus taškuose slėgis yra vienodas. Tokie

paviršiai vadinami izobariniais paviršiais.

Izobarinis

paviršius (hPa)

Vidutinis

aukštis (m)

Vidutinė

temperatūra (°C)

10 31055 -45.4

30 23849 -52.7

50 20576 -55.9

100 16180 -56.5

200 11784 -56.5

300 9164 -44.5

400 7185 -31.7

500 5574 -21.2

600 4206 -12.3

700 3012 -4.6

800 1949 2.3

850 1457 5.5

900 988 8.6

950 540 11.5

1000 111 14.3

1013 0 15.0

Izobarinis paviršius, kurio

visuose taškuose slėgis

lygus 500 hPa (Ahrens,

2007)

Perkirtus izobarinius paviršius horizontalia plokštuma gautume kreives

vadinamas izobaromis.

Izobara - linija jungianti vienodo slėgio taškus horizontaliame paviršiuje.

Izobarinio paviršiaus aukščio

kitimas priklausomai nuo

žemiau esančio oro stulpo

temperatūros

Pagal izobarų formą ir slėgio pasiskirstymą horizontaliame paviršiuje

išskiriamos barinės sistemos.

Ciklonai (arba

bariniai minimumai) -

tai uždarų izobarų

(dažniausiai apvalios

ar ovalios formos)

sritys su žemiausiu

slėgiu centre.

Anticiklonai (arba

bariniai maksimumai) -

uždarų izobarų sritys

su aukščiausiu slėgiu

centre.

Vertikalus izobarinių paviršių pjūvis

ciklone ir anticiklone

Ciklone slėgis auga judant nuo

centro link periferijos, o anticiklone

atvirkščiai - slėgis auga centro link.

Barinis laukas virš Atlanto vandenyno ir Europos

Slėnis - tai besijungianti su ciklonu ir nutįsusi periferijos link žemesnio

slėgio juosta tarp dviejų aukšto slėgio sričių.

Gūbrys - besijungianti su anticiklonu ir nutįsusi periferijos link aukštesnio

slėgio juosta tarp dviejų žemo slėgio sričių.

Balnas - barinė sritis esanti tarp kryžmiškai išsidėsčiusių dviejų ciklonų ir

dviejų anticiklonų

Izobaros juosiančios šias barines sistemas nėra uždaros.

http://www.youtube.co

m/watch?v=CooYZxXM

PHI&feature=bf_next&li

st=PL6DA2310E30924B

C0

http://www.metoff

ice.gov.uk/weath

er/europe/surface

_pressure.html

Barinės topografijos žemėlapiai

Izobarinio paviršiaus absoliučios barinės topografijos žemėlapiu - vadinamas šio

paviršiaus topografinis žemėlapis jūros lygio atžvilgiu. Tokio pobūdžio žemėlapis

vaizduoja izobarinio paviršiaus reljefą tam tikru momentu virš tiriamos teritorijos

Linijos, jungiančios vienodo aukščio virš jūros lygio taškus, vadinamos

absoliučios topografijos izohipsėmis.

Izobarinio paviršiaus santykinės barinės topografijos žemėlapiu

vadinamas šio paviršiaus žemėlapis mažesniame aukštyje esančio

izobarinio paviršiaus atžvilgiu.

Linijos jungiančios vienodo aukščio taškus vadinamos santykinės

topografijos izochipsėmis.

Santykinis vieno

izobarinio paviršiaus

aukštis virš kito

paviršiaus priklauso

tik nuo vidutinės oro

temperatūros tarp šių

paviršių.

Santykinis aukštis tarp dviejų banguotų

izobarinių paviršių (1000 hPa ir 500 hPa)

Šilumos ir šalčio sritys santykinės

topografijos 500 hPa izobarinio

paviršiaus 1000 hPa izobarinio paviršiaus

atžvilgiu žemėlapyje

Izobarinio paviršiaus geopotencialas visuose taškuose lygus darbui, kurį reikia

atlikti prieš sunkio jėgą, norint pakelti masės vienetą nuo jūros lygio į pasirinktą

aukštį.

Geopotencialas bet kuriame izobarinio paviršiaus taške bus lygus:

= gz, kur z - taško aukštis virš jūros lygio, g - laisvojo kritimo pagreitis.

Tam, kad sulyginti geometrinį ilgio vienetą su geopotencialu, naudojamas

geopotencialus aukštis (m2s-2):

Zg = / 9,80665

kur 9,80665 - laisvojo kritimo pagreitis jūros lygyje 45° platumoje

Santykinis geopotencialus aukštis lygus abiejų izobarinių paviršių absoliučių

geopotencialų skirtumui.

Atmosferos slėgio svyravimai

Atmosferos slėgio svyravimai gali turėti periodinį ir neperiodinį pobūdį

Atmosferos slėgio maksimalios

reikšmės fiksuojamos prieš vidudienį

ir vidurnaktį (apie 9-10 ir 21-22 val.) , o

minimalios - anksti ryte ir po

vidudienio (3-4 ir 15-16 val.).

Šie svyravimai daugiausia siejami su

viršutinių atmosferos sluoksnių įšilimu

dėl Saulės spindulių poveikio.

Izobariniai paviršiai viršutinėje

atmosferoje keičia savo konfigūraciją,

lemdami ir vėjo lauko pasikeitimus. Visa

tai lemia slėgio prie žemės paviršiaus

pokyčius.

Kita priežastis, lemianti slėgio paros kaitą (daugiausia pusiaujo zonoje), yra

troposferos įšilimas dėl kondensacijos šilumos, išsiskiriančios į aplinką dieninės

konvekcijos metu, oro leidimasis ir vėsimas rytmečio valandomis. Todėl

atmosferos slėgis ryte yra didesnis.

Izalobaros - linijos jungiančios vienodo slėgio pokyčio per laiko tarpą taškus.

Izalobarinių sričių centruose stebimos didžiausios slėgio kilimo ar kritimo

reikšmės sritys ir jos nuolat juda kartu su ciklonais bei anticiklonais.

Tarpparinė slėgio kaita - vidutinis daugiametis dviejų kaimyninių parų vidutinio

slėgio skirtumas. Žiemą, kai cikloninė veikla intensyvesnė, tarpparinė slėgio

kaita didesnė nei vasarą.

Vėjo kryptis ir greitis

Š

ŠR ŠŠR

R

PR PPR

RPR

P

V

VPV

ŠV ŠŠV

RŠR

PPV

VŠV

PV

Oro judėjimas Žemės paviršiaus atžvilgiu vadinamas vėju. Vėjas yra nusakomas

greičio vektoriumi ir kaip kievienas vektorius turi dydį ir kryptį.

Vėjo kryptis - taško iš kurio pučia vėjas azimutas.

Nusakyti vėjo kryptį galima arba nurodant horizonto iš kurio pučia vėjas tašką,

arba nurodant kampą (azimutą), kurį sudaro vėjo kryptis su meredianu.

0

5

10

15

20

25Š

ŠR

R

PR

P

PV

V

ŠV

Vilniaus vėjų rožė

Vėjo greitis - oro tūrio nueitas kelias Žemės paviršiaus atžvilgiu per laiko

vienetą. Vėjo greitis dažniausiai išreiškiamas metrais per sekundę. Aviacijoje

naudojami kilometrai per valandą (km/h), o jūrininkystėje - mazgai.

Vidutinis vėjo greitis prie žemės paviršiaus apie 5 - 10 m/s. Stiprių audrų

metu gali viršyti 30 m/s, o gūsiuose net 60 m/s.

Beaufort’o skalė

Balai

Vidutinis vėjo greitis 10 m

aukštyje

Vėjo

slėgimas

m/s km/h mazgai kg/m²

0 0 - 0,2 0 - 1 0 - 1 0

1 0,3 - 1,5 1 - 5 1 - 3 0 - 0,1

2 1,6 - 3,3 6 - 11 4 - 6 0,2 - 0,6

3 3,4 - 5,4 12 - 19 7 - 10 0,7 - 1,8

4 5,5 - 7,9 20 - 28 11 - 15 1,9 - 3,9

5 8,0 - 10,7 29 - 38 16 - 21 4,0 - 7,2

6 10,8 - 13,8 39 - 49 22 - 27 7,3 - 11,9

7 13,9 - 17,1 50 - 61 28 - 33 12,0 - 18,3

8 17,2 - 20,7 62 - 74 34 - 40 18,4 - 26,8

9 20,8 - 24,4 75 - 88 41 - 47 26,9 - 37,3

10 24,5 - 28,4 89 - 102 48 - 55 37,4 - 50,5

11 28,5 - 32,6 103 - 117 56 - 63 50,6 - 66,5

12 >32,7 >118 >64 >66,6

Saffir’o-Simpson’o

uraganų skalė

Skalė Apibūdi-

nimas

Vidutinis vėjo greitis

m/s km/h mazgai

1 Silpnas 32,7 - 42,6 118 - 153 64 - 82

2 Vidutinis 42,7 - 49,5 154 - 177 83 - 96

3 Stiprus 49,6 - 58,5 178 - 209 97 - 113

4 Labai

stiprus

58,6 - 69,4 210 - 249 114 - 134

5 Niokiojantis >69,5 >250 >135

Srauto linijos ir izotachos

Vėją, kaip vektorių, galima pavaizduoti rodykle, kurios ilgis proporcingas

vėjo greičiui, o rodyklės kryptis sutampa su vėjo judėjimo kryptimi.

Vėją, bet kuriuo laiko momentu,

galima pavaizduoti srūvio linijomis,

kurios išvedamos taip, kad vėjo

kryptis kiekviename linijos taške

sutaptų su srūvio linijos liestinės,

einančios per tą tašką, kryptimi.

Atstumas tarp srūvio linijų yra

atvirkščiai proporcingas vėjo greičiui.

Izotachos - linijos jungiančios taškus su vienodu vėjo greičiu.

Srūvio linijos

Taškai arba linijos į kuriuos sueina arba nuo kurių tolsta srūvio linijos

vadinamos konvergencijos (suartėjimo) arba divergencijos (išsiskyrimo)

taškais arba linijomis

Konvergencijos ir divergerncijos taškai (A) ir linijos (B)

Konvergencijos (A) ir divergencijos (B) ryšys

su vertikaliais oro srautais

Kliūčių poveikis vėjui

Kliūčių dydis ir forma bei

oro srauto stratifikacija

lemia tai, kaip oro srautas

apteka kliūtis: iš šono, per

viršų ar apatiniame srauto

sluoksnyje iš šono, o

viršutiniame per viršų.

Aplenkiant kliūtis vėjas

prieš jas susilpnėja, bet

kliūties šonuose bei virš

jos vėjas greitėja, kadangi

srūvio linijos tose vietose

tankėja.

Kliūčių poveikis vėjui

pasireiškia 10-20 kartų

didesniu atstumu, nei

kliūties aukštis.

Kartais prieš kalnagūbrį, bei už jo formuojasi

priešvėjiniai ir pavėjiniai sukūriai, turintys

horizontalią ašį lygiagrečią gūbriui.

Bangų pastoviai stratifikuotame ore formavimasis

Judantį orą veikiančios jėgos

Barinio gradiento jėga

Korioliso jėga

Išcentrinė jėga

Trinties jėga

Barinio gradiento jėga

Kiekybinis bet kokio skaliarinio dydžio (tame tarpe ir slėgio) kitimas erdvėje yra

vadinamas šio dydžio gradientu.

Horizontaliu bariniu gradientu (G) vadiname vektorių, kuris yra nukreiptas

statmenai izobarai slėgio mažėjimo kryptimi ir lygus slėgio pokyčiui ilgio

vienetui:

G = -dp/dn.

Barinės topografijos žemėlapiuose

naudojamas absoliutaus arba

santykinio barinio aukščio

horizontalus gradientas.

Esant netolygiam atmosferos slėgio pasiskirstymui, oras stengiasi judėti

trumpiausiu keliu iš aukšto slėgio srities į žemo slėgio sritį.

Oras pradeda judėti

dėl nevienodo

paviršiaus įšilimo bei

su tuo susijusio

atmosferos slėgio

pasiskirstymo

netolygumo

Kuo didesnis barinis

gradientas, tuo didesnis

pagreitis.

Jeigų orą veiktų tik barinio gradiento jėga, tai oras judėtų tolygiai greitėjančiai ir

nors pagreitis nėra labai didelis, per ilgą laiką vėjas taptų labai stiprus, o jo

stiprėjimui nebūtų ribos.

Izotermos - linijos jungiančios taškus su vienoda temperatūra jūros lygyje,

Žemės paviršiuje ar pasirinktame izobariniame paviršiuje.

Barinio gradiento kitimas vertikalia kryptimi

Barinis laukas pokyčiai su aukščiu yra susiję su netolygiu temperatūros

pasiskirstymu atmosferoje.

Didėjant aukščiui barinio gradiento kryptis artėja prie horizontalaus terminio

gradiento krypties ir pakankamai dideliame aukštyje šios kryptys praktiškai

sutampa, o izobariniai paviršiai yra pasvirę temperatūrinio gradiento kryptimi.

a) b) c)

Barinio gradiento krypties kaita didėjant aukščiui: a) barinio gradientas

prie paviršiaus lygus 0, b) barinio gradiento kryptis prie paviršiaus yra

priešinga temperatūros gradiento krypčiai, c) barinio gradiento kryptis

prie paviršiaus sutampa su temperatūros gradiento kryptimi

Jei barinis ir temperatūrinis gradientai sudaro kampą mažesnį

nei 180°, tai terminis vėjas bus nukreiptas į dešinę ar kairę vėjo

krypties apatiniame lygyje atžvilgiu priklausomai nuo to į kokią

pusę terminis gradientas krypsta nuo barinio (t.y. barinis

gradientas artės prie temperatūrinio gradiento krypties).

Jei barinis gradientas yra priešingas temperatūriniam, tai su

aukščiu jis mažėja nekeisdamas krypties, kol tampa lygus 0, o po

to pakeičia kryptį į priešingą, sutampančią su temperatūrinio

gradiento kryptimi.

Jei barinis gradientas apatiniame lygyje sutampa su vidutiniu

temperatūriniu aukščiau gulinčio sluoksnio gradientu, tai jis su

aukščiu auga nekeisdamas krypties.

Izobaros ciklone (A) ir anticiklone (Ž) jūros

lygyje (1) ir viršutinėje troposeroje (2)

Dažniausiai ciklonuose ir

anticiklonuose stebimas

nesimetriškas temperatūros

pasiskirstymas: ciklonams

būdinga šiltesnė rytinė, o

anticiklonams - šiltesnė vakarinė

dalis. Šiuo atveju izotermos nėra

uždaros ir turi bangos formą.

Izobaros tam tikrame aukštyje taip

pat nebebus uždaros ir turės

bangos formą

Vertikalus izobarinių paviršių pjūvis: a) aukštame (šaltame), b) žemame

(šiltame) ciklone, c) žemame (šaltame), d) aukštame (šiltame) anticiklone

Korioliso jėga (efektas)

Korioliso jėga A lygi:

A = 2V sin, V - vėjo greitis, - kampinis žemės judėjimo greitis, - platuma

Žespardas Gustavas de Koriolisas

1792-1843

Korioliso jėga - 1835

Nukreipiančioji jėga sudaranti statų kampą su oro

judėjimu ir yra nukreipta į dešinę šiaurės bei į

kairę pietų pusrutulyje vadinama Koriolios jėga. Ši

jėga nei greitina, nei lėtina oro judėjimą, o tik

keičia jo kryptį

http://www.youtube.com/watch?v=

mcPs_OdQOYU&feature=related

http://www.atmosedu.com/meteor/Animations/CoriolisForce.mov

Skirtingose Šiaurės pusrutulio platumose skriejančių

lėktuvų nukrypimas nuo pradinės trajektorijos dėl Žemės

sukimosi apie savo ašį (Ahrens, 2007)

Geostrofinis vėjas

Geostrofinis vėjas: G - barinio

gradiento jėga, A - Korioliso jėga,

vg- geostrofinio vėjo greitis

Geostrofinio vėjo atveju veikia:

barinio gradiento jėga

Korioliso jėga

Tiesiaeigis ir tolygus bei nukreiptas pagal izobaras oro judėjimas virš trinties

sluoksnio vadinamas geostrofiniu vėju.

Būtina geostrofinio vėjo sąlyga –

trinties jėgos nebuvimas

Šiaurės pusrutulyje žemas slėgis yra į kairę nuo judėjimo krypties

Geostrofinis vėjas pučia nusistovėjus barinio gradiento ir Koriolio jėgos

pusiausvyrai:

-G = A

1

2

dp

dnvg sin

=1,276 kg/m3 =7,29×10-5 s-1

Dažnai Žemės sukimosi greičio (2ω) bei platumos (sinφ) rodikliai

sujungiami į vieną Korioliso parametrą f.

Geostrofinio vėjo virš trinties sluoksnio vystymosi schema (Engle, 2003)

http://www.atmosedu.com/meteor/Animations/GeostrophicWind.mov

Geostrofinio vėjo kaita vertikalia kryptimi

Barinio gradiento pokytis su aukščiu priklauso nuo sluoksnio storio ir vidutinės sluoksnio

temperatūros gradiento.

Prie žemesnio horizontalaus

paviršiaus barinio gradiento

dydžio vektoriškai pridedama

papildoma sudedamoji, vadinama

terminiu vėju, kuri yra nukreipta

pagal vidutinę tiriamo sluoksnio

izotermą. Geostrofinio vėjo kitimas didėjant

aukščiui. vg0 – vėjas apatiniame lygyje,

vg – vėjas viršutiniame lygyje, vT –

terminis vėjas, t – vidutinės sluoksnio

temperatūros izoterma

Gradientinis vėjas

Kreivalinijinio judėjimo metu, kai

neveikia trinties jėga, be barinio

gradiento ir Koriolio jėgos judantį orą

veikia išcentrinė jėga

C = v²/r kur v - vėjo greitis, o r - judančio oro

trajektorijos spindulys.

Išcentrinė jėga yra nukriepta

išorėn, trajektorijos išsigaubimo

kryptimi.

Toks judėjimas (kai neveikia trinties jėga) vadinamas gradientiniu, o vėjas - gradientiniu

vėju.

Gradientinio judėjimo metu trajektorijos sutampa su izobaromis.

G = A + C,

CIKLONAS ANTICIKLONAS

A = G + C,

Kai barinio gradiento dydis yra vienodas, gradientinio vėjo greitis anticiklone didesnis

Ciklone gradientinis vėjas juda pagal izobaras prieš laikrodžio rodyklę, o anticiklone – pagal.

Trinties jėga ir jos poveikis vėjo greičiui ir krypčiai

Klampumas - dviejų skystos arba dujinės aplinkos sluoksnių gebėjimas priešintis slydimui

vienas kito atžvilgiu.

Oro sluoksnis, kuriame jaučiamas trinties poveikis vadinamas trinties sluoksniu, o lygis,

kuriame praktiškai išnyksta trinties jėgos poveikis, vadinamas trinties lygiu.

Trinties sluoksnio storio priklausomybė nuo paklotinio paviršiaus pobūdžio

10 m aukštyje virš žemės paviršiaus vėjo greitis yra dukart mažesnis, nei geostrofinis vėjo

greitis apskaičiuotas tam pačiam bariniui gradientui.

Dėl mažesnio paviršiaus šiurkštumo, virš jūros realus vėjo greitis sudaro 2/3 geostrofinio

vėjo greičio.

Vėjas trinties sluoksnyje tolygaus ir

tiesiaeigio judėjimo atveju: G -barinio

gradiento jėga, A - Koriolio jėga,

R - trinties jėga, v - vėjo kryptis

Kampas, kurį vėjo kryptis sudaro su bariniu gradientu

prie žemės paviršiaus, vidutiniškai yra lygus 60°.

Su aukščiu mažėjant trinties jėgos poveikiui, kampas,

kurį sudaro vėjo kryptis su bariniu gradientu didėja

ir trinties lygyje tampa artimas 90°. Tai reiškia, kad

vėjas tame aukštyje bus artimas izobaroms.

Ekmano spiralė

Didėjant aukščiui vėjas krypsta į dešinę pagal

laikrodžio rodyklę, tuo pačiu auga ir vėjo greitis

Ciklonas Anticiklonas

Konvergencijos

taškas

Divergencijos

taškas

Vėjas trinties sluoksnyje

Apatiniuose anticiklono sluoksniuose

barinis gradientas nukreiptas

periferijos link, todėl vėjas judės pagal

laikrodžio rodyklę su sudedamąja

kreipiančia jį nuo centro į periferiją.

Apatiniuose ciklono sluoksniuose

barinis gradientas nukreiptas nuo

periferijos į centrą, dėl trinties

jėgos vėjas turės sudedamąją,

kuri kreips judantį orą į centrą.

Vėjo paros eiga

Prie žemės paviršiaus Trinties sluoksnio viršutinėje dalyje

Vėjo greitis: Maksimumas –

popiečio valandomis

Minimumas –

naktį arba rytą

Vėjo greitis: Maksimumas –

naktį arba rytą

Minimumas –

popiečio valandomis

Vėjo paros eigos priežastis – oro turbulencija

Virš sausumos vėjo greičio paros amplitudė apytiksliai lygi pusei paros vidutinio vėjo

greičio reikšmės.

Virš jūros vėjo greičio paros eiga nėra žymi.

Vėjo kryptis Vėjo kryptis

5 dalykai, be kurių žinojimo ir

supratimo tolimesnės studijos

apsunks

1. Pagrindinės ir tarpinės barinės sistemos

2. Kas yra izobariniai paviršiai. Nuo ko ir kaip

priklauso atstumai tarp jų?

3. Konveregencijos ir divergencijos ryšys su

vertikaliais srautais.

4. Kokios jėgos ir kaip veikia judantį orą?

5. Kaip juda oras ciklonuose ir anticiklonuose?